2018原子带有两种等量异号电荷的理论依据和实验支持

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　　摘要：原子是构成物质的基本单位，在科学的不断发展过程中，人们对原子有着越来越深刻的理解和认识。原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，两者达到能量平衡是学界的一个基本常识，然而原子是否带有两种等量异号电荷呢？本文就此论点在现实试验中如何可以证明及其实践意义做出探讨和研究。
关键词：原子 等量异号电荷 静电场
众所周知，原子是化学变化中的最小微粒，并且在化学反应中不可分割。原子由质子、电子、中子组成。原子的质量非常小，并且其质量几乎全部集中在原子核部分。原子核外是电子，电子分布于稳定的轨道之中。原子在古希腊时期被用于哲学本体意义上的抽象概念，在后来人们认识的不断发展过程中，逐步演变成为科学的理论。然而，原子是否带有两种等量异号电荷，这个问题需要我们加以研究和探讨。
一、原子带有两种等量异号电荷理论的历史衍变
人类并不是生来便了解物质是由分子和原子构成的，他们对原子和电子的认识是一个渐进的过程，而认识到原子带有两种等量异号电荷的理论也是由无数科学家经过长期、艰辛的实验才得出结论。
早在公元前400年，古希腊的德谟克利特就提出了原子这一概念。随着时间的不断推移，科学家对原子的理解有了更深层次的发展。1803年，英国自然学家道尔顿首次提出了原子说，他用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈现出整数倍的反应，同时也解释了不同气体在水中不同溶解度的原因，从而指出每一种元素只包含唯一一种原子，而化合物正是由原子组成。从而揭开了正是研究原子的序幕。之后很长一段时间人们都认为原子便是物质的唯一构成单位，而原子也是一种非常微小的实心玻璃球体，此外再无他物。
1827年，英国植物学家布朗在观察水面上的灰尘时，发现了灰尘在进行着不规则的运动，这就证明了微粒学说，这种现象被称为布朗运动。布朗运动的发现，为进一步证实原子可以再分奠定了基础。
1897年汤姆生在研究阴极射线的工作中，发现了电子，并且并测量出电子的荷质比。e/m=1.7588×108 库仑/克。从而粉碎了原子不可再分的说法。汤姆生认为电子是平均地，有序地分布在原子上，而原子带的正电荷与电子带的负电荷相互抵消，这汤姆生的构想模型被我们称之为葡萄干布丁模型，也可以称之为枣糕式原子模型。葡萄干模型的提出、电子的发现，从根本意义上纠正了原子不可再分的实心球模型，开创了原子研究的新篇章。
在汤姆生之后，关于原子的研究不断取得发展。英国物理学家卢瑟福指出原子有核，且大部分原子质量和正电荷都存在于原子核中，电子是围绕原子核运动的；英国物理学家莫塞来建立了原子序数的概念；汤姆生发现了同位素；拉塞福发现质子，进一步证明原子核可分；不久英国物理学家扎的维克发现了中子；波尔在卢瑟福模型的基础上和普朗克及爱因斯坦的量子理论联系起来，构建了电子分布的波尔模型。
科学家们通过不断的实验研究，一步步证明了原子可分，原子由质子、中子、电子组成，原子核带有正电，核外电子带负电，整个院子被认为是一个不带有电荷的粒子等理论。此外在之后的研究中还发现了原子核内质子数决定元素的种类，质子数和中子数决定元素的原子量，最外层电子数目决定元素的化学性质，核外电子层排布规律等特点。但是总的来说，科学家在研究原子的过程中，最显著的成就就是证明了原子是一个带有两种等量异号电荷的粒子。
二、原子带有两种等量异号电荷的实验支持
我们知道，原子主要是由位于原子中心的原子核和核外的电子构成，原子核带有正电荷，核外电子带有负电荷，原子核所带的正电荷数量与核外电子所带的负电荷数量相等，整个原子对外呈现电中性，由此，原子被认为是一个不带有电荷的粒子。根据以上理论，可以理解其数学表达式为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
原子核所带的x个正电荷＋核外电子所带的x个负电荷＝原子带有O个电荷。　　　
针对上面的数学表达式，可能有人会问，既然原子既有带正电的原子核，又有带负电的核外电子，且两者并存，那原子的表达式是否应该是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
原子核所带的x个正电荷＋核外电子所带的x个负电荷＝原子带有２x个电荷。
　　
对比上述两种表达式，请问读者觉得哪一种更符合逻辑呢？在电磁世界里，有许多种现象反映出：原子虽然对外呈现电中性，但它是带有两种等量异号电荷的，且原子的周围空间里存在着由原子内的正电荷与负电荷各自激发的叠加静电场。以下列举几个实例来说明：　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
实验1.真空二极管通电试验。
实验过程：一块真空二极管，正极与负极相隔一定距离，其间并不存在由正极、负极产生的静电场、电场力。当对二极管进行通电时，正极与负极之间不会因为存在距离、没有静电场而使与它相连的电路成为断路，相反随着通电的瞬间，正极与负极之间顿然建立了电场，使与其相连的电路成了通路。

实验思考：我们该怎样理解这个物理过程呢？通过实验可以注意到：真空二极管在接上电路之前，正极与负极是存在距离的，且在通电之前，彼此间没有静电场，当真空二极管接上电路的刹那间，整个电路显示出通路，那么问题就产生了：正极与负极之间的空间是怎样实现电路联通的呢？设想：在真空二极管接入电路之前，正极与负极之间的空间存在某种“静电场”，而这“静电场”则是由正极、负极材料里原子中的正电荷和负电荷各自产生的叠加静电场。那么当真空二极管接入电路之后，由于正极与负极之间的空间存在着不显静电性质的叠加静电场，这就使得这种“叠加静电场”构起了连接正极与负极之间的一座桥梁。由此可知，即使正极与负极相隔一定距离，但也无碍电路的联通。
实验2.真空平行板电容器通电试验。
实验过程：一块真空平行板电容器，正极板与负极板相隔一定距离，在接入电路的一瞬间，正极板与负极板之间建立了电场。实现了电路的联通。
实验思考：在真空平行板电容器的通电试验其原理和真空二极管是一样的，都是在并无联通设备且处于真空的情况下，仅仅依靠原子叠加静电场而使电路联通。通过真空平行板电容器和真空二极管的通电试验，都让我们不禁深思，是否在原子的正极、负极之间存在着由正电荷、负电荷产生的叠加静电场，正是这种静电场的存在使得正极负极相连接，才有了电路的联通。这种现象和思考值得我们深入研究。